RU2004663C1 - Электрохимический способ получени целлюлозы - Google Patents

Abstract

Сущность изобретени : в качестве варочного раствора используют раствор хлорида натри  с концентрацией 25-310 г/дм3 Процесс ведут при пропускании посто нного тока плотностью м 0.15-0.19 А/см и перемешивании 2 табл.

Description

IS

Изобретение относитс  к целлюлозно- бумажной промышленности, а именно к способу получени  целлюлозы.

Наиболее близким по техническому решению (прототипом)  вл етс  способ получени  бумажной массы из соломы с использованием раствора щелочи и нагревани  электрическим током.

В данном способе варку бумажной массы (целлюлозы) производ т из соломы при помощи переменного тока с использованием раствора щелочи с добавлением NaCI, такой раствор называетс  электрощелоком.

Суть способа заключаетс  в следую-- щем. Переменный электрический ток пропускают через массу соломы, погруженную в раствор щелочи с добавлением в него NaCI, При этом одновременно идет сильный разогрев массы и электролиз раствора NaCI с образованием гипохлорита натри  и озона, за счет чего достигаетс  варка и отбеливание массы. Электрический ток примен ют переменным, чтобы избежать отложений солей жесткости на электродах. Процесс варки длитс  30 мин. Получаема  бумага имеет высокую прочность.

Недостатком этого способа  вл етс  то, что в качестве исходного раствора дл  варки бумажной массы беретс  дорогосто щий реагент - раствор щелочи (ее еще нужно получить из раствора NaCI путем электролиза , затратив при этом большое количество электроэнергии), в массу добавл ют NaCI (поваренную соль) с целью получени  гипохлорита натри , т.е. требуетс  дополнительный реагент, процесс ведетс  при высокой температуре раствора сильноедкого вещества , что создает опасность производства. Электроток примен етс  дл  разогрева раствора и массы, а потом дл  электролиза, причем примен етс  переменный ток, все это ведет к большим затратам электроэнергии , кроме того, данный способ предлагает варку бумаги только из соломы.

Целью изобретени   вл етс  упрощение и удешевление способа получени  целлюлозы .

Поставленна  цель достигаетс  тем, что варка целлюлозы ведетс  способом электрохимического окислени , т.е. методом электролиза, Электрохимическое окисление целлюлозосодержащего материала осу- ществл ют в бездиафрагменном электролизере специальной конструкции. Это аппарат скрубберного типа, оборудованный мешалкой и электродами типа ORTa (окиснорутениевые). Электролиз осуществл етс  посто нным током плотностью 0,15и

0,19 А/см в растворе хлорида натри  с

концентрацией 25-310 г/дм при интенсивном перемешивании.

Сущность способа заключаетс  в следующем .

58 аппарат загружаетс  (до 20% объема

аппарата) тонкослойна  древесна  стружка толщиной 0,1-0,5 мм ипи расщепленна  солома , заливаетс  (до 80% объема аппарата) раствор хлорида натри  концентрацией 25- Ю 310 г/дм3. После загрузки аппарата включают мешалку и подают на электроды посто нный гок.

Под воздействием посто нного тока происходит электролиз хлорида натри . На аноде выдел етс  хлор, на катоде - натрий, взаимодейству  с водой, котора  тоже распадаетс  на водород и гидроксильную группу ОН, эти вещества образуют сложный букет веществ, таких как гипохлорит натри , хлорноватистую кислоту, сол ную кислоту , хлор, щелочь, водород, кислород, хлораты, хлориды, которые наход тс  в посто нном взаимодействии между собой и органическим веществом древесины. Под- воздействию этих веществ и электромагнитному полю, образующемус  вокруг электродов, лигнин и другие инкрустирующие вещества, содержащиес  в сырье, расщепл ютс  до простых радикалов и СО2, выход т в раствор, освобожда  целлюлозу , котора  тут же отбеливаетс .

15

20

25

30

Целлюлоза, выгруженна  из окислительного аппарата, промываетс  от соли и

подаетс  на сушку. Раствор хлорида натри  из аппарата и вода после промывки целлюлозы донасыщаетс  солью до нужной концентрации возвращаетс  на электролиз. Выдел ющийс  из аппарата избыток газа при окислении нейтрализуетс  в санитарной колонне слабым раствором каустика, который хлорируютс  до гипохлорита натри  и может быть использован.

Экспериментальные данные показали, что дл  окислени  1 кг древесных стружек до целлюлозы в среднем расходуетс  0,95 кАчас электроэнергии. На расход электроэнергии в основном вли ют такие факторы:

толщина древесных стружек, скорость перемешивани , концентраци  раствора хлорида натри , плотность эл.тока, порода древесины, температура раствора в момент окислени .

Самыми оптимальными параметрами режима при ведении процесса электрохимического окислени  определены следующие величины: концентраци  раствора25 310 г/дм3

плотность эл. тока 0.15-0,19 А/см

толщина стружки0,1-0,5 мм

температура раствора

в момент окислени  16- 80°С.

Стружка толщиной 0,1-0,5 мм легко окисл етс  до целлюлозы, и ее производство вполне достижимо на существующем деревообрабатывающем оборудовании, Переработка древесины в стружку менее 0,1 мм повлечет ее удорожание. Толщина стружки более 0,5 мм требует большой затраты эл. энергии дл  окислени  ее в целлюлозу .

Концентраци  раствора хлорида натри  25-310 г/дм позвол ет достичь достаточную плотность тока при небольшом напр жении . При концентрации рассола менее 25 г/дм3 увеличиваетс  удельное сопротивление электролита, увеличиваетс  расход электроэнергии. При повышении концентрации рассола более 310 г/дм возникнет опасность засолени  и замыкани  электродов , так как при концентрации рассола свыше 320 г/дм3 соль начинает выпадать в осадок и кристаллизоватьс .

Плотность эл, тока 0,15-0,19 А/см2 на электродах типа ORTa в бездиафрагменном электролизере наиболее оптимальна , так как снижение плотности тока менее 0,15 А/см2 увеличивает врем  окислени  древесной массы, снижает производительность аппарата, повышение плотности тока свыше 0,19 А/см убыстр ет износ покрыти  электродов окисью рутени , а увеличение толщины покрыти  электродов с целью достижени  высокой плотности тока приводит к удорожанию аппарата.

Температуру раствора в аппарате в момент окислени  можно держать в пределах 16-80°С, при такой температуре хорошее растворение хлора в электролите и взаимодействие его с другими компонентами раствора , это температура окружающей среды и разогрев от реакции окислени , чтобы иметь температуру ниже 16°С потребуютс  дополнительные затраты и оборудование, что повлечет и удорожание процесса. Ведение процесса свыше 80°С снижает производительность аппарата, так как из раствора начинает выдел тьс  хлор и уходить а большом количестве с абгазами.

Изобретение- осуществл етс  следующим образом.

П р и м е р 1. Навеску в 25 г воздушно- сухих сосновых стружек толщиной 0,3 мм загружают в окислительный аппарат, заливают 500 мм раствора хлорида натри  концентрацией 150 г/дм3. Включают перемешивание, подают на электроды посто нный ток силой 2,5 А. напр жением 2 В,

плотностью 0,15 А/см . Чере 12 ч обработки стружки окисл ютс  до целлюлозы, котора  имеет такие показатели:

Механическа  прочность при размоле в 5 ЦРА(60 ±2°)ШР:

-разрывна  длина,

м, не менее7800

-излом, число двойных перегибов, не менее2100

10 Степень белизны, %,

не менее88

рН водной выт жки6-7

Содержание альфа

целлюлозы, %, не менее87

5Сортность - число соринок

на 1 м , площадью:

-св. 0,1 до 1,0 мм2 включ.,

не более50

-св. 1,0 до 20 мм2 включ.,0 не болеенет

Что соответствует качеству целлюлозы марки ХБ-1, ГОСТ 9671-84.

П р и м е р 2. Навеску 25 г воздушно-сухой расщепленной соломы пшеницы загру- 5 жают в окислительный аппарат, заливают 500 мл раствора хлорида натри  концентрацией 310 г/дм , включают перемешивание, подают на электроды посто нный ток силой 3,5 А, напр жением 2 В, плотностью - 0,19 0 А/см . Через 7 ч обработки солома окисл етс  до целлюлозы, котора  имеет такие показатели;

Механическа  плотность при размоле в ЦПА(60 ±2°)ШР: 5 - разрывна  длина, м,

не более8700

-излом - число двойных перегибов, не менее2400 Степень белизны, %,

0не менее87

Массова  дол  альфа целлюлозы, %, не менее88

рН водной выт жки6-7

Сорность - число соринок

5на 1 м площадью:

св. 0,1 до 1,0 мм включ.,

не более70

f

св. 1,0 до 2,0 мм включ., не болеенет

0 Что соответствует качеству целлюлозы по ГОСТ 14940-75Е.

П р и м е р 3. Навеску воздушно-сухих стружек березы толщиной 0,3 мм загружают в окислительный аппарат, заливают 500 мл 5 раствора хлорида натри  концентрацией 50 г/дм , включают перемешивание, подают на электроды посто нный ток силой 2 А, напр жением 2,5 В, плотностью - 0,15 А/см , Через 11ч обработки стружки окисл ютс  до целлюлозы по качеству соответствующей марками ГОСТ 14910-75 г.

П р и м е р Л, Навеску 27 г воздушно-сухих липовых стружек толщиной 0,3 мм загружают в окислительный аппарат, заливают 500 мл раствора хлорида натри , концентрацией 25 г/дм3, включают перемешивание , подают на электроды посто нный электрический ток силой 2,7 А, напр жением -4 В. плотностью -0,17 А/см3. После 7 ч обработки стружки окислились до целлюлозы , котора  по качеству соответствует ГОСТ 14940-75.

П р и м е р 5, Навеску 25 г воздушно-сухих осиновых стружек толщиной 0,3 мм за- тружают в окислительный аппарат, заливают 500 мл раствора хлорида натри  концентрацией 100 г/дм3, включают перемешивание , подают на электроды посто нный эл.ток силой 2,7 А, напр жением -3 В, плотностью 0,17 А/см2. После 8 ч обработки стружки окислились до целлюлозы, по качеству соответствующей ГОСТ 14910-75.

Экспериментальные данные показали, если дозировать расход электроэнергии в кА.час на кг загруженной в аппарат древесной массы можно регулировать глубину

окислени  и получать продукт заданного качества , т.е. полуцеллюлозу высокого выхода , целлюлозу нормального выхода.

В табл. 1 приведены дополнительные примеры по за вл емому способу получени  целлюлозы.

В табл. 2 приведены показатели получаемой целлюлозы.

На основании приведенных данных можно сделать вывод, что предлагаемый способ получени  целлюлозы  вл етс  новым техническим решением и имеет следующие преимущества перед существующими:

упрощаетс  технологи  процесса получени  целлюлозы;

снижаетс  себестоимость полученного продукта за счет исключени  из производства дорогосто щих реагентов;

значительно снижаетс  экологическа  вредность производства;

упрощение процесса позвол ет полностью автоматизировать производство;

снижаютс  энергозатраты

(56) За вка Японии № 54-55605, кл. D21 С 3/00, 1979.

Таблица 1

1 а б л и ц а 2

варочном растворе при перемешивании,

Claims (1)

1. Формула изобретени отличающийс  тем, что в качестве варочноЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ СПОСОБ 20 го раствора используют раствор хлорида

   ПОЛУЧЕНИЯ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ путем пропу- .натри  с концентрацией 25 - 310 г/дм-5,

   екани  электрического тока через суспен- при этом пропускают посто нный ток плотзию целлюлозосодержащего сырь  в ностыо-0,15 - 0,19 А/см2.